SE452664B - Anordning for overvakning av elektriska anordningar med avseende pa uppkomsten av en eller flera ljusbagar - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 452 664 2 bågar från brytljusbågar genom de olika ljusbågarnas varak- tighet. Brytdon har alltid bestämda till- och frånslagnings- tider. Ofta uppgår frånslagningstiden till mindre än 20 msek.

Slocknar en ljusbåge i en elektrisk anordning innan denna tid gått ut, rör det sig om en frânslagningsljusbåge i en brytare eller om en ljusbâge, som visserligen uppträder mellan andra delar i anordningen men inte stör pâ grund av sin korta var- aktighet. Anordningen medför fördelen att aktuella signaler avges endast vid störljusbågar. Således onödiggöres ytter- ligare strömmätanordningar.

En speciell fördel med anordningen består även i att i elektriska anläggningar, i vilka stör- och brytljusbågar har samma strömstorlek, ändå störljusbågar kan skiljas från brytljusbågar. I Enligt en utföringsform föreslås att efter förstärka- ren kopplas ett bistabilt minne, som matar ett fördröjnings- tidsorgan, vars fördröjningstid överstiger driftsmässigt upp- trädande ljusbågars bränntid och med vilket är förbunden en OCH-grind, vars andra ingång via en strömgren är förbunden med den fotoelektriska mottagaren. Via den andra strömgre- nens signal, som är tidsmässigt proportionell mot ljusbågens förlopp, vidarebefordras en signal, som alstrats av ett valt ökningsbeteende av ljusbâgen och uppfattats i minnet. Denna anordning utmärker sig genom sin enkla uppbyggnad.

Företrädesvis innehåller den andra strömgrenen en dif- ferentieringskrets, genom vars avklingningstidskonstant dif- ferentieringskretsens utgångssignal, vars början och slut bestämmas av den av den fotoelektriska mottagaren avkända aktuella ljusbågen, är inställd på en avklíngningstid som överstiger den driftsmässiga ljusbågsbränntiden. Ljusbågars tidsmässiga strålningsförlopp utlöser även den andra diffe- rentieringskretsen, som avger en signal om en ljusbåge upp- kommer och avslutar denna signal när ljusbågen slocknar.

Detta innebär att konstant omgivningsljus eller vanliga änd- ringar därav inte alstrar signaler som förbereder 0CH-grin- den på frigivning av fördröjningstidsorganets utgångssignal. .. . |_....__..~._ ,..._.l__.... ..........,.. _, .. w-aniu.. ., _.. 10 15 20 25 30 35 452 664 3 Då den andra strömgrenen lämpligen har hög känslighet, påverkar den störljusbâgsberoende strålningen efter dif- ferentieringsorganets utlösning storleken av dess utgångs- signal först när ljusbågen åter upphör. Den höga känslig- heten finns även för att även de ljusbågar skall medtagas som svarar mot ljusbågsväktarens största väljbara känslig- het.

Med högkänsligt inställd ljusbågsväktare kan även svaga ljusbågar konstateras. Det räcker att inställa känsligheten av strömgrenen med differentierings- och integreringskret- sen så att ljusbågar från och med viss styrka uppfattas.

Den andra, högkänsliga strömgrenen kräver inga inställningar, som är avstämda på den aktuella användningsplatsens spe- ciella egenskaper. Detta förenklar ljusbågsväkarens inställ- ning pä förhållandena på användningsplatsen.

Det är fördelaktigt att variationer i absorptionen av alstrad strålning eller spektrala ändringar i den av den fotoelektriska mottagaren från ljusbågen mottagna strål- ningen inte störande påverkar konstaterandetau en ljusbâge.

I en lämplig utföringsfcrm har till differentierings- organet anslutits en amplituddiskriminator, som har en ut- lösningströskel, som är avstämd på ingångssignaler med en viss polaritet. Föreligger en ljusbâge, avger differen- tieringskretsen en med ett språng ökande signal till ampli- tuddiskriminatorn. Denna signal överstiger snabbt utlös- ningströskeln och föranleder amplituddiskriminatorn att alstra en utgångssignal, som förbereder OCH-grinden på frigivning. Den från differentieringskretsen härrörande signalen avtar långsamt på grund av den långa tidskonstan- ten, så att amplituddiskriminatorns utlösningströskel inte underskrides. I och med att ljusbågen upphör föreligger vid differentieringskretsens utgång en sprângformig signal med motriktad polaritet. Genom att utlösningströskeln under- skrides omkopplar amplituddiskriminatorn sin utgângssignal och spärrar således OCH-grinden. Denna anordning möjliggör med enkla medel exakt bestämning av den aktuella ljusbâgens slut. - 10 15 20 25 30 35 452 664 4 Vid en fördelaktig utföringsform föreslås att efter minnet koppla ett ytterligare fördröjningstidsorgan, vars fördröjningstid är mângdubbelt större än det första fördröj- ningstidsorganets fördröjningstid och vars utgång är åter- kopplad till minnets resetingång. Medelst denna anordning kan med en genom tidsfördröjningens inställning väljbar tid anordningen efter konstaterande av en ljusbåge göras utlösningsklar för konstaterande av en ytterligare ljus- båge.

En annan ändamålsenlig utföringsform består i att i utvärderingskretsen är anordnat ett med OCH-grinden för- bundet ytterligare bistabilt minne, med ett efterkopplat relä och ett extra bistabilt minne, som matar en ljusindi- kering, samt att det ytterligare och det extra minnet är återställbara via en tryckströmställare. I det ytterligare minnet lagras signalen att en ljusbåge föreligger även om ljusbågen redan klingat av. Ljusbågen kan t ex elimineras genom en via det andra minnet manövrerad effektbrytare.

Först efter det att signalen kvitterats genom att tryck- strömställaren tryckts ned är det andra minnet åter redo att mottaga en ny signal.

En annan fördelaktig utföringsform är utförd på det sättet att i utvärderingskretsen är anordnat ett med OCH- grinden förbundet ytterligare bistabilt minne med ett efter- kopplat relä och anslutet till ena ingången av det extra bistabila minnet, som matar en ljusindikering, samt att det ytterligare minnet är âterställbart genom det ytter- ligare fördröjningstidsorganet och det extra minnet genom tryckströmställaren. Det ytterligare minnet blir vid denna anordning liksom det till differentierings- och integre- ringsorganet anslutna minnet åter automatiskt driftsklart när den inställda fördröjningstiden gått ut, medan ljus- bågen signaleras genom ljusindikeringen, till dess att kvit- tering skett via tryckströmställaren.

Företrädesvis utföres differentierings- och integre- 10 15 20 25 30 35 452 664 u. o- D ringskretsen som bandpassfilter med ca 90 Hz undre gräns- frekvens och ca 550 Hz övre gränsfrekvens. I och med detta kan de inducerade störspänningarnas påverkan på anordningen minskas i stor utsträckning. Den eller de fotoelektriska mottagarna kan därför anordnas på lämpliga ställen skilda från kretsens övriga delar utan att detta gör anordningen mera störningskänslig.

Det har visat sig att med dessa värden uppnås en opti- mal undertryckning av störspänningar vid anordningens mon- tering i energidistributionsanläggningar.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare i det följande i anslutning till ett på bifogaae ritning återgivet utfö- ringsexempel varav framgår ytterligare kännetecken Och för- delar.

Ritningen visar ett blockkopplingsschema till en an- ordning för övervakning av elektriska anordningar med av- seende på uppkomsten av ljusbâgar.

En fotoelektrisk mottagare 1 utgör en detektor för ljusbågar. Mottagaren 1_är anbringad på den elektriska anordning som skall övervakas; I ett kapslat inomhusställ- verk befinner sig mottagaren l inuti ett ställverksskâp.

Mottagaren kan vara utförd såsom fototransistor som är in- bäddad i en plasthållare. Lämpligtvis har framför en sådan fototransistor anordnats en optik, t ex en lins eller en tubus, som bestämmer fototransistorns synfält.

Efter den fotoelektriska mottagaren 1 är anordnat ett arbetsmotstånd 8, med vilket är förbundet ett differentie- ringsorgan 2.i en differentierings- och integreringskrets 9, vartill är anslutet ett integreringsorgan 3. Integrerings- organet 3 matar en ingång till en differentialförstärkare 4, vars andra ingång är ansluten till en referensspänningskälla 7. Med förstärkaren är förbundet ett bistabilt minne 6, vars utgång matar ett fördröjningstidsorgan 5. Fördröjnings- tidsorganets 5 utgång står i förbindelse med ingången till en OCH-grind 9, vars andra ingång är ansluten till motta- garen 1 via en strömgren 10. Efter OCH-grinden 9 är kopplad en utvärderingskrets 24 med ett ytterligare bistabilt minne I 452 664 10 lS 20 25 30 35 6 ll vars utgång matar både ett relä l2 och ingången till ett extra bistabilt minne 13. Till det extra minnets 13 utgång är ansluten en ljusindikering 14. Det extra minnets 13 resetingång står via en diod 15 i förbindelse med tryckknapp 16 som via en andra diod 17 är ansluten till det ytterligare minnets ll resetingâng.

Minnets tidskrets 18 resetingång. 6 utgång är via en ytterligare fördröjnings- och en diod 19 återkopplad till minnets 6 Till den ytterligare fördröjningstidskretsens l8 utgång är via en diod 20 ansluten en alternativt insätt- bar brygga 21, som återgivits med streckad linje. Bryggan 21 förbinder dioden 20 med det ytterligare minnets ll reset- ingång.

Strömgrenen 10 innehåller en differentieringskrets 20 som är seriekopplad med en amplituddiskriminator 23. Dif- ferentieringskretsen 22 är med sin ingång ansluten till mottagaren l medan amplituddiskriminatorns 23 utgång är för- bunden med OCH-grinden 9.

Tidsorganets 5 fördröjningstid är något längre än driftsmässigt uppträdande ljusbågars varaktighet. Vid an- vändning i lågspänningsställverk med effektbrytare, vars bryttíder uppgår till mindre än 20 msek är fördröjningstiden inställd på 20 msek. Tidsorganets 18 fördröjningstid är längre. Lämpligen uppgår den till ca 600 msek, dvs mång- dubbelt längre än tidsorganets S fördröjningstid. _ Med differentierings- och integreringskretsen 9 upp- fattas ändringar av strålningsintensiteten via mottagaren 1, för att skilja den av en ljusbåge alstrade strålningen från andra ljuskällors strålar. I och med detta kan inverkan av omgivande ljus, som kan härröra från glödlampor, lysrör eller solstrålar, elimineras. Kretsen 9 utlöses av mottagar- utgångssignalens dynamiska förlopp. Vid förstärkarens 4 utgång står en magasinerbar signal alltid till förfogande när en kraftig ändring av bestrålningsintensiteten sker in- om kort tid eller någon svagare ändring av bestrålningsin- tensiteten inom en något längre tid. Denna ändrings tids- integral måste överskrida en i förväg given tröskel. Vidare 10 15 20 25 30 35 452 664 W uppfattas endast bestrålningsintensitetsförändringar som rör sig i riktning mot ökande bestrålningsintensiteter.

Differentierings- och integreringskretsen 9 och för- stärkaren 4 konstaterar både störljusbågar och brytljusbâgar och föranleder att minnet 6 sättes vid dylika ljusbâgar.

Minnets 6 sättande startar fördröjningstidsorganet 5 och fördröjningstidsorganet 18.

Vid fördröjningstidsorganets 5 utgång föreligger efter en fördröjningstid på exempelvis 20 msek en signal som vid OCH-grinden 9 åstadkommer ena villkoret för att manöver- signalen för det ytterligare minnet skall ledas vidare.

Ett av en ljusbåge framkallat signalförlopp vid mot- tagarens 1 utgång alstrar vid differentieringsorganets 22 utgång ett signalsprång som avklingar enligt en exponen- tialfunktion. Avklingningsförloppet är beroende av diffe- rentieringsorganets 22 tidkcnstant. Denna tidskonstant har valts så, exempelvis genom dimensionering av ett icke åter- givet RC-organ, att avklingningstiden.är något längre än tidsorganets 5 fördröjningstid. Efter utgången av tidsorga- nets 5 fördröjningstid har således differentieringsorganets 22 utgångssignal ännu inte återgått till den före utlös- ningen aktuella nivån.

Ovannämnda spänningssprång överstiger amplituddiskri- minatorkretsens 23 utlösningströskel. Denna avger därpå en signal till OCH-grinden 9. Signalen utgör det andra vill- koret för vidareledning av en manöversignal till det ytter- ligare minnet ll. Efter utgången av tidsorganets 5 fördröj- ningstid har differentieringsorganets 22 utgångssignal då ännu inte underskridit amplituddiskriminatorns 23 utlös- ningströskel om fortfarande en ljusbåge observeras av mot- tagaren l. Brinner en ljusbåge längre än tídsorganets 5 fördröjningstid, föreligger en störljusbåge, som framkallar de för uppfyllande av OCH-villkoret nödvändiga signalerna till OCH-grinden 9. I och med detta sättes det ytterligare minnet ll, vars utgångssignal får reläet 12 att slå till och sätter det extra minnet 13. Via reläets 12 ej återgivna kontakt påverkas en effekt- eller lastbrytare i starkströms- kretsen och bryter energitillförseln till störljusbågen. 10 15 20 25 30 35 452 6674 8 Genom detta kan skador undvikas.

Med det extra minnets 13 sättande görs ljusindikeringen 14 strömförande och signalerar optiskt att en störljusbåge föreligger. Signalen kvarstår även efter det att störljusbå- gen brutits.

Efter utgången av tidsorganets 18 fördröjningstid åter- ställes minnet 6 och anordningen är åter utlösningsklar för en ny ljusbåge. I fall överbryggningen 2l insatts återställes tillsammans med minnet 6 även det ytterligare minnet ll, vilket innebär att den via reläet 12 styrda effektbrytaren åter kan slås till. Om en ytterligare störljusbåge uppkommer och observeras av mottagaren l, föranleder den på ritningen återgivna anordningen på nytt en utlösning av effektbryta- ren. ' Det extra minnet 13 återställes först genom nedtryck- ning av tangenten 16, varpå ljusindikeringen slocknar. Finns ej bryggan 21 insatt, återställes det.ytterligare minnet ll tillsammans med det extra minnet 13.

En brytljusbåge uppkommer vid frånslagning av brytare, t ex effektbrytare under belastning. Brytarna är så upp- Kbyggda att brytljusbågen slocknar efter en bestämd tid, vilken exempelvis är kortare än 20 msek. Slocknar en från- slagningsljusbâge alstrar differentieringskretsen 22 också ett språngformigt förlopp i utgångssignalen. Detta spän- ningssprång har dock en polaritet som är omvänd jämförd med spänningssprângets polaritet i början av en ljusbåge. Därför underskrides utlösningströskeln av den för endast en pola- ritet inställda amplituddiskriminatorn 23 som därvid ändrar sin utgångssignalnivâ, varigenom nu OCH-grinden 9 spärras.

När fördröjningstidsorganets 5 utgångssignal efter konsta- terande av ljusbåge med en tidsfördröjning på 20 msek stiger till den för OCH-grindens 9 frigivning erforderliga nivån, är vid brytljusbågar signalen vid OCH-grindens 9 andra in- gång redan på en OCH-organet 9 spärrande nivå. Brytljus- bågar påverkar således icke utvärderingskretsen 24. Vid brytljusbâgar påverkas därför varken reläet 12 eller för- sörjes ljusindikeringen 14 med ström. 10 15 20 25 30 35 452 664 9 Differentierings- och integreringskretsen 9 är företrä- desvis utförd såsom bandpassfilter med en undre gränsfrek- vens omkring 90 Hz och en övre gränsfrekvens omkring 550 Hz.

Den fotoelektriska mottagaren l kan vara placerad pâ visst avstånd från differentierings- och integreringskretsen 9 samt differentieringsorganet 22. Avståndets storlek beror på det för ljusbâgens konstaterande mest fördelaktiga inbygg- nadsstället för mottagaren 1 samt monteringsplatsen för de efterkopplade delarna i den elektriska anläggningen. Allt- efter den elektriska anläggningens uppbyggnad och storlek erhålles därvid olika långa förbindningsledningar, som är utsatta för påverkan av elektromagnetiska fält i den elekt- riska anläggningen. Med den ovan beskrivna utformningen så- som bandpassfilter undertryckes de störspänningar optimalt, som framkallas av de elektriska fälten i ledningarna, utan att anordningens utlösningskänslighet pâverkas på icke önsk- värt sätt. J Med den ovan beskrivna ljusbâgsvakten kan i elektriska apparater och anläggningar med mycket hög säkerhet mot stör- ningar konstateras när ljusbågar uppkommer. Vid störnings- ljusbågar kan i ett sådant fall genast erforderliga från- slagningsâtgärder inledas, genom vilka ljusbågsskador und- vikes eller åtminstone kan begränsas och det förhindras att personer utsättes för fara. Vid tillräckligt snabb från- slagning av ljusbâgen från energikällan begränsas anord- ningarnas belastning på grund av ljusbågstemperaturer, de av de höga ljusbâgsströmmarna på strömbanorna utövade ström- krafterna och de från de upphettade gaserna utgående tryck- vågorna till oskadliga värden. Speciellt kan personriskerna vid underhållsarbeten på elektriska anläggningar avsevärt minskas, t ex vid öppna dörrar eller borttagna skyddsan- ordningar.

Ljusbågsvakten kan även på fördelaktigt sätt användas för övervakning av borstgnistor vid kollektormaskiner. Ofta uppkommer vid snabbt växlande driftsvillkor borstgnistor i kollektormaskiner. Dessa gnistor måste gå tillbaka efter övergång till kontinuerligt driftssätt. Om dessa borstgnis- 10 452 664 13 tor emellertid föreligger under längre tid kan maskinskador uppkomma. Med den ovan beskrivna ljusbâgsvakten är det möjligt att konstatera dessa störningar för att hinna slå ifrån kollektormaskinen. Därigenom kan maskinskador und- vikas.

Den ovan beskrivna ljusbâgsvakten lämpar sig även för övervakning av strömavtagare vid bananläggningar. De mellan strömavtagare och kontaktledning uppkommande ljusbågarna bör ej överstiga viss längd för att förhindra skador på avta- garna och kontaktledningarna. Med ljusbâgsvakten kan den av anläggningens utförande beroende tillåtna ljusbågslängden uppfattas och vid längre ljusbâgsbränntider utlösa säker- hetsåtgärder.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 452 6:64 ll PATENTKRAV

1. l. Anordning för övervakning av elektriska anordningar med avseende på uppkomsten av en eller flera ljusbâgar med minst en fotoelektrisk mottagare (l) för mottagning av ljus- bågsstrålning, varvid mellan mottagaren (l) och en efterkopp- lad förstärkare (4) är ansluten en differentierings- och integreringskrets (9), att förstärkarens (4) av aktuell ljusbåge beroende utgångssig- k ä n n e t e c k n a d därav, nal tillföres ett fördröjningsorgan (5), vid vars utgång uppkommer en referenstidsignal, vilken relativt ljusbâgens början är fördröjd en fördröjningstid som överstiger varak- tigheten av driftsmässigt uppträdande ljusbâgar, att från den fotoelektriska mottagarens (l) genom ljusbâgen framkal- lade utgångssignal är härledd en ofördröjd, beträffande sin tidslängd med ljusbâgens varaktighet överensstämmande sig- nal, och att denna signal och referenstidsignalen är kon- junktivt förknippade anslutna till en utvärderingskrets (24), vilken vid uppkomst av en ofördröjd signal med en varaktig- het som är lika med eller större än den av referenstidsig- nalen givna tidsperioden avger en signal att en störljus- båge föreligger.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att efter förstärkaren (4) är kopplad ett bistabilt minne (6), som matar ett fördröjningstidsorgan (5), vars fördröjningstid överstiger driftsmässigt uppträdande ljus- bågars varaktighet och med vilket är förbunden en OCH-grind (9), vars andra ingång via en strömgren (10) är förbunden med den fotoelektriska mottagaren (1).

3. Anordning enligt krav l och 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den ytterligare strömgrenen (10) inne- fattar en differentieringskrets (22), genom vars avkling- ningstidskonstant differentieringskretsens (22) utgângssig- nal, vars början och slut bestämmas av den av den foto- elektriska mottagaren (1) observerade aktuella ljusbågen, är inställd på en avklingningstid som överstiger drifts- mässigt uppträdande ljusbågars varaktighet. 10 15 20 25 30 35 452 664 12

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att den ytterligare strömgrenen (10) är inställd på en konstant hög känslighet.

5. Anordning enligt något eller några av föregående k ä n n e t e c k n a d därav, att till differen- tieringskretsen (22) än ansluten en amplituddiskriminator (23) med på signaler av en polaritet inställd utlösnings- tröskel.

6. Anordning enligt krav 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att efter minnet (6) är kopplat ett ytterligare fördröjningstidsorgan (18), vars fördröjnings- tid är mångdubbelt större än det första fördröjningstids- organets (5) fördröjningstid och vars utgång är återkopp- krav, lad till minnets (6) resetingång.

7. Anordning enligt något eller några av föregående k ä n n e t e c k n a d därav, att i utvärderinge- kretsen (24) är anordnat ett ytterligare bistabilt minne (ll), som är förbundet med OCH-grinden (9), med ett efter- kopplat relä (12) och ett extra bistabilt minne (13), som matar en ljusindikering (l4), och att det ytterligare och det extra minnet (ll, 13) är återställbara via en tryck- strömställare (16).

8. k ä n n e t e c k n a d därav, att i utvärderingskretsen (24) är anordnat ett med OCH-grinden (9) förbundet ytter- ligare bistabilt minne (ll) med ett efterkopplat relä (12) och anslutet till det extra bistabila minnets krav, Anordning enligt något eller några av kraven l-6, (13) ena in- gång, vilket minne matar en ljusindikering (14), samt att det ytterligare minnet (ll) är återställbart genom det ytterligare fördröjningsorganet (18) och det extra minnet (13) via en tryckströmställare (16).

9. Anordning enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att differentie- rings- och integreringskretsen (9) är utförd såsom band- passfilter, vars undre gränsfrekvens ligger omkring 90 Hz och vars övre gränsfrekvens ligger omkring 550 Hz.